Bessere Haftung durch Muscheltechnologie
Eine Forschungsgruppe zur Schutzschicht der Haftfasern oder des "Bartes" von Muscheln - mit dem sie sich an Felsen haften - fand heraus, dass ihre Stärke und Flexibilität auf ihrer Proteinmatrix und Struktur der Metallionen beruht. Ihre in der Zeitschrift Science veröffentlichten Erkenntnisse könnten sich in Zukunft für die Herstellung industrieller Werkstoffe als äußerst nützlich erweisen. Die Fasern, die vor dem Kochen von Muscheln normalerweise entfernt werden, sind mit einer äußeren Proteinschicht und zusätzlich mit Metallionen bedeckt, wodurch sie extrem widerstandsfähig werden - für Muscheln in ihren nassen Lebensräumen eine lebenswichtige Eigenschaft, wo sie sich fest an Felsen haften müssen, um sich gegen Wellen und andere Dinge im Wasser zu wehren. Trotz ihres filigranen Aussehens sind Muscheln starke Wesen, die von der Natur mit den notwendigen Eigenschaften für das unwirtliche Leben im Meer ausgestattet wurden. Die Gruppe deutscher und amerikanischer Forscher untersuchte mithilfe der Raman-Spektroskopie, mit der man bis zu einem Mikrometer kleine Teilchen erkennen kann, die sogenannte Muschelseide und ihre Zusammensetzung. Die Oberhaut der Haftfasern besteht aus der Aminosäure Tyrosin, gemeinhin bekannt als L-DOPA, einem starken Klebstoff. Außerdem befinden sich Eisen-Ionen auf der Oberhaut. Das Ergebnis ist eine extrem harte Faser, die trotzdem selbst unter extremen Bedingungen nicht bricht. Dr. Admir Masic vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung sagte: "Verbinden sich zwei bis drei L-DOPA mit nur einem einzigen Eisen-Ion, bilden sie einen unglaublich stabilen Komplex, der für die Vernetzung von Strukturproteinen eingesetzt werden kann." Die Haftfasern sind gleichzeitig hart, elastisch, stark und flexibel, was sie zu einer außergewöhnlichen Entwicklung der Natur machen. Ihre "knubbelige" Oberfläche resultiert aus den körnigen Einschlüssen, die in eine deutlich weichere Matrix eingebettet sind. Die Forscher vermuten, dass die winzigen Hohlräume, die sich bei Dehnung der Faser in der Matrix bilden, womöglich größere Risse verhindern - ein Verfahren, mit dem industrielle Materialen stärker, flexibler und langlebiger gemacht werden könnten. "Schutzbeschichtungen sind extrem wichtig für die Haltbarkeit von Materialien und Geräten", sagte Dr. Matthew Harrington vom Max-Planck-Institut. "Betrachtet man die Kombination von Härte und Dehnbarkeit, so gibt es nur wenige Polymere oder Zusammensetzungen, die diese Materialeigenschaften vereinen. Zu verstehen, wie ein flexibles Substrat vor äußeren Einflüssen geschützt werden kann, wird heute immer wichtiger." Dr. Peter Fratzl, Direktor der Abteilung Biomaterialien am Max-Planck-Institut: "Die Natur hat eine elegante Methode für ein Problem entwickelt, mit der Ingenieure noch immer kämpfen: Sie hat Eigenschaften, die einen Abrieb verhindern und dennoch eine hohe Dehnbarkeit gewährleisten, in einem Material vereinigt." Offensichtlich erreicht die Schutzschicht der Muschelseide dies durch eine sorgfältige, maßgeschneiderte Verbindung von Metall und Protein. "Es ist denkbar, dass ähnliche Strategien auf technisch entwickelte Polymerschutzschichten angewendet werden können."
Länder
Deutschland, Vereinigte Staaten